Naukowcy zidentyfikowali osobliwy ruch skręcający na orbitach dwóch zderzających się czarnych dziur, egzotyczne zjawisko przewidziane przez teorię grawitacji Einsteina.
Ich badania, opublikowane w Nature i prowadzone przez prof. Marka Hannama, dr. Charliego Hoya i dr. Jonathana Thompsona, donoszą, że po raz pierwszy efekt ten, znany jako precesja, został zaobserwowany w czarnych dziurach, gdzie skręcanie jest 10 miliardów razy szybsze niż w poprzednich obserwacjach.
Układ podwójny czarnych dziur został odkryty dzięki emisji przez nie fal grawitacyjnych na początku 2020 roku, przy użyciu detektorów LIGO i Virgo. Jedna z czarnych dziur, 40 razy masywniejsza od Słońca, jest prawdopodobnie najszybciej wirującą czarną dziurą, która została znaleziona dzięki falom grawitacyjnym. I w przeciwieństwie do wszystkich poprzednich obserwacji, szybko wirująca czarna dziura zniekształciła przestrzeń i czas tak bardzo, że cała orbita układu podwójnego kołysała się w przód i w tył.
Ta forma precesji jest charakterystyczna dla ogólnej teorii względności Einsteina. Wyniki te potwierdzają jej istnienie w najbardziej ekstremalnym zdarzeniu fizycznym, jakie możemy zaobserwować – zderzeniu dwóch czarnych dziur.
Bardziej przyziemnym przykładem precesji jest chwianie się wirującego bączka, który może chwiać się – lub precesować – raz na kilka sekund. Natomiast precesja w OTW jest zazwyczaj tak słabym efektem, że jest niezauważalna. W najszybszym przykładzie zmierzonym wcześniej na orbitujących gwiazdach neutronowych, zwanych pulsarami podwójnymi, precesja orbity zajęła ponad 75 lat. Podwójna czarna dziura w tym badaniu, potocznie znana jako GW200129 (nazwa pochodzi od daty jej zaobserwowania, 29 stycznia 2020 r.) precesuje kilka razy na sekundę – efekt 10 miliardów razy silniejszy niż zmierzony wcześniej.
Dr Jonathan Thompson wyjaśnił: Jest to bardzo trudny do zidentyfikowania efekt. Fale grawitacyjne są niezwykle słabe i ich wykrycie wymaga najczulszego aparatu pomiarowego w historii. Precesja jest jeszcze słabszym efektem ukrytym w i tak już słabym sygnale, więc musieliśmy przeprowadzić dokładną analizę, aby go odkryć.
Międzynarodowa sieć detektorów fal grawitacyjnych jest obecnie modernizowana i w 2023 roku rozpocznie swoje kolejne przeszukiwania Wszechświata. Prawdopodobnie znajdą one setki kolejnych zderzających się czarnych dziur i powiedzą naukowcom, czy GW200129 był rzadkim wyjątkiem, czy też znakiem, że nasz Wszechświat jest jeszcze dziwniejszy, niż sądzili.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
Cardiff University
Na ilustracji: Wizja artystyczna pary czarnych dziur emitujących fale grawitacyjne. Źródło: Cardiff University.